ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛЕВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДОВ ПО УРОВНЮ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (НА ПРИМЕРЕ Г. ШЫМКЕНТА)

Н.А. Яковлева¹, Т.Г. Гончарова², Н.М. Франковская²,

Б.Ы. Ибрагимова³

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛЕВЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГОРОДОВ ПО УРОВНЮ

СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

(НА ПРИМЕРЕ Г. ШЫМКЕНТА)

 

N.A. Yakovleva1, T.G. Goncharova, N.M. Frankovskaya, B.Y. Ibragimova

DEFINITION OF TARGET INDICATORS OF QUALITY

ENVIRONMENT OF THE INDUSTRIAL CITIES ON LEVEL

OF THE CONTENT OF HEAVY METALS

(for example the city of Shymkent)

¹ ТОО «ЭКОСЕРВИС-С»

050009, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Толе би, 202 А, оф. 407

Тел.: +7(727)250-33-20, факс. +7(727)250-93-59

E-mail: Nat_Alb@mail.ru

² ТОО «Центр охраны здоровья и экопроектирования»

050046 Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Сатпаева, 90, офис 600

Тел. +7(727) 2 777 496, факс. +7(727)777 417,

E-mail: goncharova.2004@mail.ru, frankovskaya.nm@yandex.kz

³ Управление природных ресурсов и регулирования природопользования

Южно-Казахстанской области», г. Шымкент

E-mail: b-ibragimova@mail.ru

 

Research is devoted to development of target indicators of quality of environment of the industrial cities on level of the content of heavy metals in natural objects. It is shown that an important condition of establishment of target indicators is the risk assessment for population health.

Тяжелые металлы являются одними из важнейших загрязнителей окружающей среды, куда они поступают с выбросами и сбросами промышленных предприятий, в первую очередь относящихся к металлургической отрасли. До ввода запрета на использование этилированного бензина (2002 г.) значительный вклад в загрязнение окружающей среды свинцом также вносил автотранспорт.

Согласно статистическим данным, в 2010 году в атмосферный воздух Республики Казахстан с промышленными выбросами поступило 717,3т. свинца, 473,7 т. меди, 218,5 т. марганца, 15,5 т. хрома шестивалентного, 0,4 т. кадмия, 0,3 т. ртути [1]. Несмотря на наблюдающееся в последние годы снижение объемов выбросов для большинства веществ (таблица 1), предотвращение загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами по-прежнему остается приоритетной экологической проблемой. Наиболее остро данная проблема стоит в регионах функционирования металлургических предприятий, где многолетняя деятельность последних привела к значительному загрязнению объектов окружающей среды, сформировала зоны «исторического» загрязнения.

К таким регионам с полным правом относится город Шымкент, где более 70 лет работал завод по выплавке свинца. Во время Великой Отечественной войны две пули из трех были сделаны из шымкентского свинца. Деятельность предприятия за все годы существования, несомненно, внесла и огромный вклад в экономику страны.

 

Таблица 1 – Выбросы   тяжелых металлов  в  атмосферный  воздух  с  2006  по  2010 г.г., в целом по

Республике Казахстан, тонн [1]

 

Вещество	2006 г.	2007 г.	2008 г.	2009 г.	2010 г.
Ванадия пятиокись	16,6	13,2	17,0	23,0	8,4
Кадмия оксид (в пересчете на кадмий)	0,0	0,1	0,1	0,4	0,4
Марганец и его соединения (в пересчете на марганец)	405,0	338,2	319,0	1040,6	218,5
Никель	21,6	1,2	0,3	0,1	0,0
Ртуть	0,3	0,3	0,4	0,3	0,3
Меди оксид (в пересчете на медь)	674,1	621,7	325,3	243,9	473,7
Свинец	2695,9	2667,8	1351,1	766,6	717,3
Хром шестивалентный (в пересчете на триокись хрома)	10,2	11,6	24,7	68,6	15,5

 

Построенный когда-то на окраине города со временем завод оказался в центре города, фактически без санитарно-защитной зоны. В г. Шымкенте сформировалась обширная зона загрязнения почвы свинцом. Это привело к тому, что почва сама стала важнейшим, если не основным, на фоне снижения промышленных выбросов, источником поступления свинца в сопредельные природные среды и организм человека. В ряде исследований, проведенных казахстанскими специалистами, в том числе с участием американских исследователей, были установлены высокие уровни содержания свинца в крови детей дошкольного возраста [2, 3].

Согласно данным ВОЗ, именно для детей свинец представляет особую угрозу, так как вызывает необратимые изменения в нервной системе [4]. В связи с тем, что при низких дозах попадания свинца в организм явные симптомы интоксикации проявляются только у небольшого процента пострадавших, в большинстве случаев свинцовое отравление остается нераспознанным.

Учитывая особую токсичность свинца и высокий риск для здоровья населения, президент страны Н.А. Назарбаев еще в 2007 году дал поручение Правительству и местным исполнительным органам принять незамедлительные меры по ликвидации исторического загрязнения свинцом почвенного покрова города Шымкента.

В настоящее время разработано ТЭО очистки почвенного покрова города от свинца, которое определило зоны проведения работ, способы очистки, технологию формирования искусственных покрытий.

Вместе с тем, проблема загрязнения окружающей среды свинцом в городе Шымкенте носит комплексный характер, необходимо принимать меры не только по очистке почвенного покрова, но и по предотвращению поступления свинца в атмосферный воздух с промышленными выбросами.

Эффективность проведения природоохранных мероприятий может быть оценена по степени достижения целевых показателей качества окружающей среды.

Согласно ст.24 главе 4 Экологического Кодекса, целевые показатели качества окружающей среды регулируют предельный уровень нормируемых параметров окружающей среды на определенный период времени с учетом необходимости постепенного улучшения качества окружающей среды [5].

Целевые показатели качества окружающей среды могут быть установлены для селитебных территорий, особо охраняемых природных территорий, рекреационных зон, пустынных и полупустынных районов, водных объектов.

Процедура установления целевых показателей качества окружающей среды определяется соответствующими Правилами [5].

Для условий крупных промышленных центров установление целевых показателей качества окружающей среды особенно актуально. Это объясняется высокой плотностью населения, обуславливающей значительное число лиц, подверженных риску воздействия неблагоприятных экологических факторов. Помимо этого, в промышленных городах обычно присутствует целый комплекс негативных факторов окружающей среды различной природы, что диктует необходимость выбора приоритетных направления осуществления природоохранных мероприятий. Ограниченность финансовых средств и технических возможностей нивелируется за счет принятия стратегии поэтапного достижения поставленных целей с оценкой эффективности путем сравнения полученных результатов с целевыми показателями качества окружающей среды.

Необходимость оценки эффективности осуществления целенаправленных мер по снижению содержания свинца в объектах окружающей среды г.Шымкента обусловила важность определения целевых показателей качества окружающей среды по данному фактору.

Указанная задача решалась в рамках проекта «Разработка целевых показателей качества окружающей среды для Южно-Казахстанской области на период с 2011 по 2021 годы», выполненного в 2011 году по заказу ГУ «Управление природных ресурсов и регулирования природопользования Южно-Казахстанской области».

Принимая во внимание специфику загрязнения природных сред г. Шымкента свинцом, было решено установить целевые показатели по уровню содержания свинца в почвенном покрове и атмосферном воздухе.

В 2011 году в рамках проведения проекта «Разработка технико-экономического обоснования очистки почвенного покрова г.Шымкента от загрязнения свинцом» [7], ТОО «Центр охраны здоровья и экопроектирования» была выполнена детальная эколого-геохимическая съемка территории города Шымкента. Всего было отобрано 801 проба. Для изучения распределения концентраций химических элементов на глубину было пройдено 7 шурфов глубиной 50 см. Анализ содержания свинца в пробах почвы выполнен в аккредитованной лаборатории ТОО «Национальный аналитический центр», г. Алматы. При исследовании было установлено, что почти вся территория г.Шымкента имеет уровень загрязнения почвы свинцом, превышающий ПДК (32 мг/кг). Минимальное содержание свинца в почве на исследуемой территории составляет 11 мг/кг, максимальное – 22175 мг/кг, среднее содержание по городу - 533 мг/кг (превышение ПДК –  в 16,5 раз).

Общая территория города с концентрацией более 400 мг/кг составляла 3300 га, в том числе территория города с концентрацией от 400 мг/кг до 1000 - 1600 га, территория города с концентрацией более 1000 мг/кг - 1700 га. Учитывая, что территория города в существующих административных границах равна 39,8 тысячи га, на долю сильно загрязненной территории (более 400 мг/кг) приходилось 8,3%.

В настоящее время почва г.Шымкента, загрязненная свинцом, представляет серьезный риск для здоровья населения, в первую очередь детского. О воздействии свинца на организм детей свидетельствуют высокие уровни содержания данного металла в крови.

Проведение лабораторного исследования позволило установить, что более 80% обследованных детей, проживающих в зоне влияния завода по выплавке свинца, имели повышенный уровень содержания свинца в крови.

Таким образом, для г.Шымкента принципиально важным являлся вопрос установления целевого показателя содержания свинца в почве по уровню риска для здоровья населения, выражаемого через долю детей дошкольного возраста, имеющих повышенный уровень содержания свинца в крови.

Выбор предельного уровня очистки в г. Шымкенте был осуществлен совместно с американскими специалистами и включал в себя следующие пункты:

1) использование Интегрированной биокинетической модели поступления свинца в организм детей (IEUBK) Управления по охране окружающей среды США (US EPA) с характерной для конкретного участка концентрацией свинца в почве, воздухе и пыли внутри помещений;

2) использование характерных для г. Шымкента величин биодоступности свинца, определяемых in vitro;

3) сравнение прогнозных уровней содержания свинца в крови детей с фактическими.

На основании проведенного моделирования сценариев рекультивации почвы было установлено, что наиболее приемлемым для условий г.Шымкента является предельный уровень очистки, равный 400 мг/кг и выше [8].

Общая площадь территории, где рекомендовано провести работы по очистке, составила 3 064 890 м2 или 306,5 га, в том числе:

Площадь игровых и спортивных площадок школ (20 школ –№№ 42, 33, 29, 66, 48, 49, 6, 79, 26, 81, 21, 4, 5, 45, 18, 15, 50, 20, 23, 17) – 49655 м2 (4,97 га);

Площадь игровых и спортивных площадок детских садов (12 садов - №№ 125, 39, 70, 69, 68, 19, 14, 66, 65, 23, 3, 89 ) – 15235 м2 (1,52 га);

Площадь игровых и спортивных площадок зоны многоэтажной застройки – 160000 м2 (16 га);

Площадь земельных участков зоны одноэтажной застройки – 2840000м2 (284 га).

Представленная информация свидетельствует о том, что содержание свинца в почве на уровне 400 мг/кг является важнейшим целевым показателем качества окружающей среды г.Шымкента.

Одним из условий эффективного использования целевых показателей качества окружающей среды является выбор индикаторных зон для их мониторинга. Так как свинец максимальный риск представляет для здоровья детей дошкольного возраста, в качестве мониторинговых площадок по контролю уровня содержания свинца в почве были выбраны игровые площадки детских дошкольных учреждений, расположенных в зоне влияния свинцового завода:

территория игровой площадки детского сада № 70 (исходный уровень содержания свинца в почве 1997 мг/кг);

территория игровой площадки детского сада № 65 (исходный уровень содержания свинца в почве 1938 мг/кг);

территория игровой площадки детского сада № 23 (исходный уровень содержания свинца в почве 1156 мг/кг);

территория игровой площадки детского сада № 69 (исходный уровень содержания свинца в почве 1045 мг/кг).

Основным источником поступления свинца в атмосферный воздух являются выбросы свинцового завода. Согласно данным РГП «Казгидромет», наблюдения за содержанием тяжелых металлов в атмосферном воздухе г.Шымкента в 2011 году проводились на 2 ручных постах. Средняя концентрация составила 2,2 ПДК.

В рамках выполнения проекта по разработке целевых показателей качества окружающей среды было проведено изучение содержания свинца в атмосферном воздухе на выбранных мониторинговых площадках, расположенных в районе средних школ (№ 26 и № 48), в зоне влияния свинцового комбината. Лабораторные исследования были выполнены испытательной лабораторией ТОО «Научный аналитический центр» (г. Алматы).

Исследования проводились в течение суток – 8 раз в сутки с периодичностью в 3 часа. Были определены максимально разовые и среднесуточные концентрации. Результаты исследования приведены в таблице 2.

Максимальные уровни содержания свинца были зафиксированы район школы №26 в периоды с 03.00 до 04.30 ч. (12,8 ПДКм.р.), с 15.10 по 15.45 (9,3 ПДКм.р.), с 12.30 по 13.05 ч. (9,1 ПДК м.р.).

 

Таблица 2 – Содержание свинца в атмосферном воздухе г. Шымкента по данным ТОО «ЦОЗиЭП», 2011г.

 

Место забора проб	Максимальная концентрация		Среднесуточная концентрация
	мг/м3	превышение ПДКм.р.*, раз	мг/м3	превышение ПДКс.с.*, раз
Район школы № 26	0,0128	12,8	0,0049	16,3
Район школы № 48	0,008	8,7	0,0019	6,3

 

Примечание: * - ПДК м.р. для свинца = 0,001мг/м3,

                            ПДК с.с. = 0,0003 мг/м3

 

Выявленные пики повышенного содержания свинца в атмосферном воздухе были обусловлены спецификой работы промышленного предприятия. Следует обратить внимание, что максимальная концентрация, равная 12,8 ПДК м.р., была зафиксирована в ранние утренние часы.

Полученные результаты указывали на необходимость проведения природоохранных мероприятий и подтверждали правильность подхода к выбору целевого показателя качества окружающей среды города по уровню содержания свинца в атмосферном воздухе.

На основании принятых методических подходов был проведен расчет неканцерогенного и канцерогенного рисков ингаляционного воздействия свинца на организм человека [9,10]. В расчете использовались следующие показатели: референтная концентрация кратковременного воздействия свинца, равная 0,001мг/м³, референтная концентрация хронического воздействия свинца, равная 0,00015 мг/м³, а также фактор канцерогенного потенциала свинца при ингаляционном воздействии, равный 0,042 мг/(кг х сут. )-1.

Неканцерогенный риск кратковременного воздействия свинца при ингаляционном пути поступления был равен 12,8 в районе школы № 26 и 8,7 в районе школы №48. Согласно существующей градации такой уровень риска является чрезвычайно высоким и высоким, соответственно.

Ингаляционный риск хронического воздействия свинца был равен 32,67 в районе школы №26 и 12,67 - в районе школы №48. Данный уровень риска является чрезвычайно высоким в обоих районах исследования.

Уровень индивидуального канцерогенного риска, создаваемого свинцом, присутствующими в атмосферном воздухе в районе школы № 26, был равен 2,4*10-5 для детей и 2,5*10-5- для взрослых. В районе школы 48 аналогичные показатели составили 9,3*10-6 и 9,9*10-6. Указанные уровни индивидуального канцерогенного риска являются низкими.

Учитывая приведенную выше информацию, целевой показатель содержания свинца в атмосферном воздухе г. Шымкента должен иметь такой уровень, при котором формируются низкие значения неканцерогенного риска кратковременного и хронического ингаляционного воздействия. (равные 1).

Такими уровнями являются максимально-разовая концентрация свинца в атмосферном воздухе, равная 0,001 мг/м³, и среднесуточная концентрация свинца, равная 0,00015 мг/м3. Согласно Правилам, целевые показатели качества окружающей среды устанавливают на 3, 6, 10 лет [6], что должно обеспечить поэтапное достижение установленных нормативов. В таблице 3 приведены целевые показатели качества окружающей среды г. Шымкента по уровню содержания свинца в почве и атмосферном воздухе на 2014, 2017, 2021 годы.

Целевые показатели могут быть достигнуты в результате выполнения комплекса мер, направленных на очистку почвенного покрова и снижение поступления в атмосфернный воздух свинца с выбросами металлургического завода. Рекомендованные мероприятия включены в Программу поэтапного достижения целевых показателей качества окружающей среды для Южно-Казахстанской области, разработанную в рамках описываемого исследования.

С целью обобщения и наглядного представления полученной в ходе выполненных исследований информации, возможности ее дальнейшего использования была разработана автоматизированная информационная система контроля и мониторинга достижения целевых показателей Южно-Казахстанской области. Мониторинг целевых показателей качества окружающей среды по уровню содержания свинца в почвенном покрове и атмосферном воздухе является важнейшим элементом данной системы. Ее внедрение и активное развитие будет способствовать оптимизации природоохранной деятельности в регионе.

Проблема загрязнения объектов окружающей среды тяжелыми металлами имеется во многих промышленных городах.

 

Таблица 3 – Целевые показатели качества окружающей среды г. Шымкента по уровню содержания свинца в почве и атмосферном воздух

 

 

Район с/ш  № 26	*СPb м.р.	0,0128 мг/м3	≤0,0064 мг/м3	≤0,0032 мг/м3	≤0,001 мг/м3 (ПДК м.р.)
Район с/ш № 48	*СPb м.р.	0,0087 мг/м3	≤0,0043 мг/м3	≤0,0021 мг/м3	≤0,001 мг/м3 (ПДК м.р.)
Район с/шы № 26	**СPb с.с.	0,0049 мг/м3	≤0,0024 мг/м3	≤0,0003 мг/м3 (ПДК с.с.)	≤0,00015 мг/м3 (референтная конц.)
Район с/ш № 48	**СPb с.с.	0,0019 мг/м3	≤0,00095 мг/м3	≤0,0003 мг/м3 (ПДК с.с.)	≤0,00015 мг/м3 (референтная конц.)
Район мониторинга	Показатель	Исходный уровень показателя	Целевые показатели
			через 3 года (2014г.)	через 6 лет (2017г.)	через 10 лет (2021г.)
Почвенный покров
ДДУ № 70	***С Pb почва	1997 мг/кг	≤400 мг/кг	<400 мг/кг	≤32 мг/кг (ПДК)
ДДУ№ 65	***С Pb почва	1938 мг/кг	≤400 мг/кг	<400 мг/кг	≤32 мг/кг (ПДК)
ДДУ № 23	***С Pb почва	1156 мг/кг	≤400 мг/кг	<400 мг/кг	≤32 мг/кг (ПДК)
ДДУ № 69	***С Pb почва	1045 мг/кг	≤400 мг/кг	<400 мг/кг	≤32 мг/кг (ПДК)
Атмосферный воздух

 

Примечание: *С_Pb м.р.- максимальная концентрация свинца в атмосферном воздухе

**С_Pb с.с.- среднесуточная концентрация свинца в атмосферном воздухе

 

***С _Pb почва - содержание свинца в почве на игровых площадках